Trabalho laboratorial de cariz investigativo na aprendizagem do tema corrente elétrica e circuitos elétricos

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NIVERSIDADE DE

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DO TEMA

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RELATÓRIO DA PRÁTICA DE ENSINO SUPERVISIONADA ORIENTADO PELA

PROFESSORA DOUTORA MÓNICA LUÍSA MENDES BAPTISTA E PELO

PROFESSOR DOUTOR RUI JORGE LOURENÇO SANTOS AGOSTINHO

MESTRADO EM ENSINO DA FÍSICA E DA QUÍMICA NO 3.º CICLO DO ENSINO BÁSICO E NO

ENSINO SECUNDÁRIO

U

NIVERSIDADE DE

L

ISBOA

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DO TEMA

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RELATÓRIO DA PRÁTICA DE ENSINO SUPERVISIONADA ORIENTADO PELA

PROFESSORA DOUTORA MÓNICA LUÍSA MENDES BAPTISTA E PELO

PROFESSOR DOUTOR RUI JORGE LOURENÇO SANTOS AGOSTINHO

MESTRADO EM ENSINO DA FÍSICA E DA QUÍMICA NO 3.º CICLO DO ENSINO BÁSICO E NO

ENSINO SECUNDÁRIO

A

GRADECIMENTOS

À professora Doutora Mónica Baptista, pela sua total disponibilidade, simpatia, paciência, valiosas sugestões e orientação que, de forma decisiva contribuíram para que este trabalho chegasse a bom termo. Muito obrigado por TUDO!

Ao professor Doutor Rui Agostinho pela disponibilidade e revisão da fundamentação científica.

A todos os professores que me acompanharam ao longo deste mestrado, em especial à professora Doutora Manuela Rocha pela disponibilidade manifestada e pelos saberes e competências que em mim desenvolveram.

À professora-cooperante Celeste Ferreira, por me ter aberto a porta da sua sala e partilhado comigo os seus alunos. Obrigado por toda a disponibilidade dispensada, pelas experiências e conhecimento partilhados. Existirá sempre um bocadinho de si na minha forma de dar aulas.

À minha grande amiga Anália que embarcou comigo nesta grande aventura, estando presente nos momentos bons e nos menos bons. Sem ti não teria sido possível!

Ao meu colega e amigo Paulo, que me acompanhou ao longo deste Mestrado, pelas horas passadas ao telefone a falar sobre tarefas e planificações, pelas noites inacabáveis a fazer relatórios de física …. Obrigado pela partilha, mas sobretudo pela tua amizade e apoio. Aos meus Pais pelo carinho, apoio e incentivo em Todos os momentos da minha vida. Aos meus sogros por todo o apoio e disponibilidade. A vossa ajuda foi fundamental! Ao meu marido, Jorge, por compreender todas as minhas ausências, por me ter acompanhado, apoiado e incentivado nos momentos em que pensei em desistir. Sem o teu amor não teria conseguido.

Aos meus filhos por suportarem as minhas ausências e me receberam sempre com um sorriso. Obrigado pelo vosso amor, que me deu força e coragem para continuar nesta jornada.

R

ESUMO

Este trabalho teve como objetivo conhecer de que forma o uso do trabalho laboratorial de cariz investigativo contribui para a aprendizagem do tema Corrente elétrica e Circuitos elétricos. Para tal, identificou-se a evolução das conceções dos alunos acerca deste tema, as aprendizagens realizadas no domínio processual, as estratégias utilizadas pelos alunos para realizarem essas aprendizagens e avaliação que fazem do uso deste tipo de tarefas. Desenvolveram-se cinco tarefas de trabalho laboratorial de cariz investigativo sobre o tema Corrente elétrica e Circuitos elétricos, realizadas em seis aulas de 90 minutos e três aulas de 45 minutos. Para atingir estes objetivos utilizou-se uma metodologia de investigação qualitativa. Participaram neste estudo 30 alunos de uma turma de 9.º ano de escolaridade de uma escola situada no distrito de Lisboa. Utilizaram-se vários instrumentos de recolha de dados: observação naturalista, entrevista em grupo focado e documentos escritos. Da análise de conteúdo emergiram várias categorias e subcategorias que facilitaram a organização e compreensão dos dados.

Os resultados apontam uma evolução positiva acerca das conceções relativas aos conceitos abordados nesta temática. Os resultados, também, indicam que os alunos realizaram aprendizagens no domínio processual e que desenvolveram estratégias que contribuíram para a concretização dessas aprendizagens. Os resultados mostram, ainda, que os alunos avaliam de forma positiva a realização de trabalho laboratorial de cariz investigativo, associando a esta estratégia de ensino um maior envolvimento e uma aprendizagem mais significativa.

Palavras-chave: trabalho laboratorial de cariz investigativo, eletricidade, literacia científica, desenvolvimento de competências.

A

BSTRACT

This study aimed to understand how the use of the investigative nature of laboratory work contributes to the theme of learning electric current and electrical circuits. To this end, identified the evolution of the conceptions of the students on the subject, the learning achieved in the procedural field, the strategies used by students to carry out their learning and evaluation that make use of this type of tasks. Developed by five laboratory work assignments of investigative nature on the subject of electric current and electrical circuits, conducted in six 90-minute classes and three classes of 45 minutes. To achieve these goals it was used a qualitative research methodology. The sample consisted of 30 students in a class of 9th grade at a school located in the district of Lisbon. It was used multiple data collection tools: naturalistic observation, group interview focused and written documents. Content analysis emerged various categories and subcategories that facilitated the organization and understanding of the data.

The results show a positive evolution about conceptions regarding the concepts discussed in this topic. The results also indicate that students accomplished learning in the procedural area and developed strategies that contributed to the achievement of such learning. The results also show that students evaluate positively the performance of laboratory work of investigative nature, associating this teaching strategy for greater involvement and a more meaningful learning.

Keywords: laboratory work of investigative nature, electricity, scientific literacy, skills development.

ix

Í

NDICE

Índice de quadros xii

Índice de figuras xiii

CAPÍTULO I

INTRODUÇÃO……….1

Organização do trabalho 2

CAPÍTULO II

ENQUADRAMENTO TEÓRICO………..5

Trabalho Laboratorial: Perspetiva Histórica 5

Clarificação do conceito e da terminologia: Trabalho laboratorial 11

Tipos de trabalho laboratorial 12

Conceções alternativas dos alunos 18

Conceções alternativas dos alunos sobre eletricidade 20

CAPÍTULO III

PROPOSTA DIDÁTICA………..25

Fundamentação Científica 25

Carga elétrica 25

Condutores e isolantes elétricos 28

Lei de Coulomb 29

Campo elétrico 30

Energia potencial e Diferença de potencial elétrico 34

Corrente elétrica 35

Resistência e lei de Ohm 38

x

Fundamentação Didática 43

Enquadramento Curricular 43

Organização da proposta didática 46

Breve descrição das tarefas 52

Avaliação 56 CAPÍTULO IV MÉTODOS E PROCEDIMENTOS………...59 Método de investigação 59 Recolha de dados 61 Observação 61 Entrevista 62 Documentos escritos 66 Participantes 67 A escola 67 A turma 68 Análise de dados 68 CAPÍTULO V RESULTADOS ... 71 Evolução das conceções dos alunos sobre corrente elétrica e circuitos elétricos 71

Circuitos elétricos 71

Corrente elétrica 75

Tensão elétrica 78

Condutibilidade elétrica 83

Aprendizagens realizadas pelos alunos no domínio processual e estratégias utilizadas 87

Conhecimento processual 87

xi

Avaliação dos alunos às tarefas que envolvem trabalho laboratorial do tipo investigativo 109

Gosto e interesse 109

CAPÍTULO VI

DISCUSSÃO, RESULTADOS E REFLEXÃO FINAL... 117

Discussão 117 Conclusão 121 Reflexão final 122 REFERÊNCIAS ... 125 APÊNDICES Apêndice A - Tarefas 133

Apêndice B - Planificação das Aulas 149

Apêndice C - Instrumentos de Avaliação 181

Apêndice D - Questionário 197

xii

Índice de quadros

Quadro 2.1

Tipologia de trabalho laboratorial ………...14

Quadro 3.1

Carga das três partículas elementares ………...27

Quadro 3.2

Síntese das principais fases do modelo dos 5 E’s ……….47

Quadro 3.3

Sequência de aulas e objetivos da aprendizagem ………..48

Quadro 3.4

Síntese das competências desenvolvidas em cada tarefa ………..52

Quadro 3.5

Identificação das fases do modelo do 5 E’s nas tarefas laboratoriais de cariz investigativo ……….55

Quadro 4.1

xiii

Índice de figuras

Figura 2.1

Relação entre trabalho prático, laboratorial, experimental de campo ………12

Figura 2.2

Dimensões das tarefas de trabalho laboratorial de cariz investigativo ………...17

Figura 2.3

Exemplos de circuitos indicativos do modelo fonte-consumidor ………...21

Figura 2.4

Modelos do fluxo de corrente elétrica em circuitos simples ………..22

Figura 3.1

Forças elétricas entre: (a) objetos com cargas elétricas opostas e (b) objetos com cargas elétricas iguais

………...26

Figura 3.2

Transferência de eletrões da vareta de vidro para o pano de seda ………..28

Figura 3.3

Balança de Coulomb, usada para estabelecer a lei de Coulomb ……….29

Figura 3.4

Duas cargas elétricas puntiformes separadas por uma distância r, exercendo força uma sobre a outra, dada pela lei de Coulomb. A força 𝐹⃗⃗⃗⃗⃗⃗ exercida por q21 2 em q1 tem igual intensidade e sentido,

mas direção oposta à força 𝐹⃗⃗⃗⃗⃗ exercida por q12 1 em q2 ………..29

Figura 3.5

(a) e (c) quando uma carga de prova é colocada perto de uma carga q, a carga de prova deteta uma força elétrica. (b) e (d) Num pondo P perto de uma carga q existe um campo elétrico ………32

xiv

Figura.3.6

Linhas de campo elétrico a atravessar duas superfícies. A densidade de linhas é superior quando atravessam a superfície A, logo a intensidade do campo elétrico nesta superfície é maior em relação à superfície B, onde a densidade de linhas de campo elétrico é menor ………...32

Figura 3.7

Linhas de campo elétrico de cargas puntiformes ………..33

Figura 3.8

(a) Linhas de campo elétrico entre duas cargas puntiformes positivas. (b) Linhas de campo elétrico entre uma carga puntiforme + 2q e outra carga – q ………...33

Figura 3.9

(a) num condutor metálico em equilíbrio eletrostático, o movimento dos eletrões de condução é desordenado. (b) Originando uma diferença de potencial nos terminais do condutor, o movimento dos eletrões passa a ser ordenado e no sentido da força elétrica 𝐹⃗⃗⃗ ………...36 𝑒

Figura 3.10

Cargas em movimento através de uma área A ………...36

Figura 3.11

(a) Corrente contínua com sentido e intensidade constantes no tempo; (b) corrente alternada que varia periodicamente com o tempo ……….37

Figura 3.12

Um segmento de fio por onde passa uma corrente I. A diferença de potencial 𝑉𝑎− 𝑉𝑏 está

relacionada ao campo elétrico por 𝑉𝑎− 𝑉𝑏 = 𝐸∆𝐿 ……….38

Figura 3.13

Gráficos de diferença de potencial (V) em função da corrente elétrica (I). (a) A diferença de potencial é proporcional à corrente elétrica de acordo com a lei de Ohm – condutor óhmico. (b) A diferença de potencial não é proporcional à corrente elétrica – condutor não-óhmico ………...39

xv

Figura 3.14

Duas lâmpadas associadas em série, representadas pelas respetivas resistências R1 e R2. Os três diagramas são equivalentes. Em (b) está a representação esquemática do circuito na figura (a) …..41

Figura 3.15

Duas lâmpadas associadas em paralelo, representadas pelas respetivas resistências R1 e R2. Os três diagramas são equivalentes ……….42

Figura 3.16

Esquema organizador dos quatro temas ………..44

Figura 3.17

Esquema organizador de conceitos da temática “Corrente elétrica e Circuitos elétricos” ………...45

Figura 5.1

Gráfico da evolução das conceções dos alunos acerca do conceito de circuito elétrico …………..72

Figura 5.2

Gráfico da evolução das conceções dos alunos acerca do conceito corrente elétrica ………..75

Figura 5.3

Gráfico da evolução das conceções dos alunos acerca do conceito tensão elétrica ………78

Figura 5.4

Gráfico da evolução das conceções dos alunos acerca do conceito condutibilidade elétrica ……...83

Figura 5.5

Placas com circuitos com associações em série e em paralelo utilizadas pelos alunos na parte três da tarefa 4; (i) e (ii) placas de circuitos com associação de duas lâmpadas em paralelo; (iii) e (iv) placas de circuitos com associação de duas lâmpadas em série ………108

1

C

APÍTULO

I

I

NTRODUÇÃO

A evolução da sociedade tem sido influenciada pelo desenvolvimento científico e tecnológico, implicando mudanças nos currículos escolares de modo a adapta-los às novas circunstâncias, apelando a um maior equilíbrio entre conhecimentos e processos científicos (Freire, 2005). Assim, deixa de fazer sentido um ensino de ciências focado em tarefas baseadas somente na dimensão pura da ciência, em detrimento de questões relacionadas com o fazer ciência e com a sociologia da ciência (Hodson, 1998). Ao longo dos anos, várias foram as reformas curriculares com novas propostas que visam melhorar o ensino e a aprendizagem das ciências. A nova abordagem, dada à educação em ciências, privilegia os processos tanto como os conteúdos científicos, assistindo-se a uma mudança de paradigma, passando de uma transmissão de conceitos para a valorização da resolução de problemas (Correia & Freire, 2009). Os currículos atuais centram-se numa abordagem Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente e na promoção da literacia científica. Estes currículos são promotores de uma educação em ciências capaz de formar jovens cientificamente literatos, aptos para agir, e ter sucesso numa sociedade fortemente marcada pelo rápido desenvolvimento científico e tecnológico. Um dos pilares das Orientações Curriculares para as Ciências Físicas e Naturais assenta no desenvolvimento de competências de conhecimento, de raciocínio, de atitudes e de comunicação, através de estratégias educativas diferenciadas, promotoras do envolvimento do aluno no processo de ensino-aprendizagem (Galvão, et al., 2001).

A visão construtivista do processo de ensino centrado no aluno e no desenvolvimento de competências, requer estratégias de ensino que possibilitem ao aluno desempenhar um papel ativo e construtivo da sua própria aprendizagem. As Orientações Curriculares sugerem experiências de aprendizagem que envolvam os alunos em tarefas de investigação com caráter laboratorial, propiciadoras para o envolvimento do aluno na sua aprendizagem, assim como, promotoras da literacia científica (Galvão, et al., 2001). Também, o National Science Education Standars (NRC, 2000) refere que o trabalho laboratorial de cariz investigativo permite realizar um conjunto de atividades, tais como: a realização de observações; a colocação de questões; a pesquisa em livros e outras fontes de informação; o planeamento de investigações; a utilização de ferramentas para analisar e interpretar dados; a exploração; a previsão e a comunicação de resultados; promotoras da literacia científica. Este

2

tipo de trabalho é desenvolvido segundo várias etapas que permitem promover o trabalho cooperativo, a seleção de materiais, a planificação de estratégias experimentais, a experimentação, os registos dos resultados e a comunicação de conclusões (Bybee et al., 2006; Hofstein, 2004; Wellington, 1998). A realização de tarefas laboratorias de investigação coloca o aluno no centro das aprendizagem, criando espaço para que este mobilize a diversa competências promotoras da literacia científica.

Tendo em conta o referido, este trabalho tem como objetivo conhecer como o uso de tarefas de trabalho laboratorial de cariz investigativo, durante a lecionação da temática Corrente Elétrica e Circuitos Elétricos, facilita a aprendizagem dos alunos de uma turma do 9.º ano. Com o intuito de dar resposta a esta problemática, identificam-se três questões orientadoras:

 Que evolução ocorre nas conceções dos alunos sobre a corrente elétrica e circuitos elétricos através do trabalho laboratorial de cariz investigativo?

 Que aprendizagens no domínio processual, realizam os alunos quando estão envolvidos em trabalho laboratorial de cariz investigativo? E que estratégias facilitam essas aprendizagens?

 Que avaliação fazem os alunos às tarefas que envolvem trabalho laboratorial de cariz investigativo?

Organização do trabalho

O presente trabalho está organizado em seis capítulos. No primeiro faz-se a introdução ao trabalho, apresentando a sua problemática e as questões que o orientam. No segundo capítulo, realiza-se o enquadramento teórico deste trabalho, abordando a perspetiva histórica do trabalho laboratorial, a clarificação do conceito e terminologia do trabalho laboratorial, referem-se as diferentes tipologias de trabalho laboratorial e termina-se com uma revisão da literatura acerca das conceções alternativas sobre eletricidade. No terceiro capítulo, descreve-se a proposta didática. Este encontra-se dividido em duas secções: a fundamentação científica, onde são abordados os conceitos científicos considerados relevantes para a lecionação da temática; e a fundamentação didática, onde se apresenta o enquadramento curricular, organização da proposta didática, breve descrição das tarefas e tipo de avaliação utilizado. O quarto capítulo é dedicado aos métodos e procedimentos utilizados neste trabalho, descreve-se o método de investigação utilizado, os instrumentos de recolha de dados, os participantes e análise de dados. No quinto capítulo são apresentados os dados

3

recolhidos neste trabalho, no final, no sexto capítulo, discutem-se os dados recolhidos, apresentam-se as principais conclusões e reflete-se sobre todo o trabalho desenvolvido.

5

C

APÍTULO

II

E

NQUADRAMENTO

T

EÓRICO

O presente capítulo consiste no enquadramento teórico dos aspetos considerados de maior relevância para a problemática deste trabalho. Este encontra-se dividido em quatro secções. Na primeira secção apresenta-se uma breve resenha histórica da importância do trabalho laboratorial. Em seguida, clarifica-se o conceito e a terminologia do trabalho laboratorial. Na terceira secção descrevem-se os diferentes tipos de trabalho laboratorial. Por fim, apresenta-se uma breve revisão da literatura acerca das conceções alternativas dos alunos sobre o tema eletricidade.

Trabalho Laboratorial: Perspetiva Histórica

Desde a Antiguidade que o Homem sentia necessidade de compreender a Natureza que o rodeava. Os gregos, grandes observadores da Natureza, não conseguiam encontrar leis precisas, pois ignoravam a necessidade da experiência, fundamentando as suas observações em pressupostos filosóficos – religiosos derivados de comparações de ideias do senso comum (Almeida, 2003).

Roger Bacon, no século XIII, começou por defender que era a partir da observação e da experimentação que se deveriam interpretar os fenómenos naturais. Nesta altura, esta ideia não foi bem aceite, dado que a interpretação de fenómenos era ajustada a ideias previamente estabelecidas, tidas como verdades indiscutíveis que correspondiam à interpretação da bíblia. Assim, com o decorrer dos tempos, foram-se descobrindo novos factos através da observação de fenómenos naturais que não se conseguiam explicar com a interpretação natural. Por esta altura, emerge uma nova classe social – a burguesia, que devido à sua intensa atividade comercial, exigia progressos científicos e tecnológicos a vários níveis. A experimentação passou a desempenhar um papel fundamental no progresso científico, que se propagou pelos séculos seguintes (Pacheco, 2007).

No século XVI, Francis Bacon, acrescentou a indução à observação, recolha de dados e experimentação. Para este pensador a ciência tinha como finalidade adquirir conhecimentos que permitissem melhorar a qualidade de vida. O trabalho experimental era tido como a principal tarefa dos cientistas. No século XVII, o conhecimento científico desenvolveu-se de um modo nunca antes visto. Os pensadores consciencializaram-se que a experiência

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constituía o caminho para interrogar a natureza e interpreta-la. Ainda assim, só no final do século XIX é que as disciplinas de Ciências e o trabalho laboratorial começaram a integrar os currículos escolares de diversos países (Klainin, 1988). Contudo, esta introdução foi lenta, “tendo nos primórdios, alguns alunos ingleses sido obrigados a pagar uma propina extra a fim de terem direito a aulas laboratoriais” (Leite, 2001, p. 79). O trabalho laboratorial conquista definitivamente um lugar de destaque nos currículos, muito devido ao facto de este se tornar um pré-requisito para o acesso a algumas universidades americanas (Leite, 2001). O trabalho laboratorial passou a ser utilizado nas escolas, inglesas e americanas, com o fim de confirmar o que teria sido apresentado na teoria.

No final do século XIX, começou a surgir a defesa da aprendizagem pela descoberta, no contexto das ciências (Klainin, 1988). O trabalho laboratorial passou a ser entendido como o ponto de partida para compreender a teoria. Para este facto, contribuiu, em larga escala, a crença de Armstrong em fazer a criança descobrir por si própria. Assim, surge a possibilidade dos alunos realizarem investigações, justificando a inclusão do trabalho laboratorial nos curriculos das ciências, visto que contribuiria para os alunos aprenderem a aprender (Leite, 2001).

Na sequência da Segunda Grande Guerra Mundial e do lançamento do Sputnik, em 1957 (Klainin, 1988), a comunidade científica americana começou a pressionar o congresso e as autoridades para reformar os currículos de ciências nas escolas, uma vez que o ensino das ciências da época se encontrava em crise. Estes argumentavam que a inclusão das ciências nos currículos prepararia os alunos para a sua progressão nos estudos, para níveis mais avançados e, assim, a sua formação ao nível mais científico, formando cientistas e engenheiros que dariam resposta às necessidades da sociedade em acelerado crescimento. Nesta década, pretendia-se um ensino mais ativo, pondo de lado o ensino tradicional.

Segundo Wellington (1989 citado por Leite, 2001), a educação em ciência tem tradicionalmente sido dominada pela transmissão do conhecimento, ao apresentar a memorização de factos como o principal objetivo de aprendizagen. Este autor refere que os professores consideravam que este tipo de ensino afastava os alunos da ciência. Assim, como resposta à crise que o ensino em ciência enfrentava, era essencial a reformulação dos currículos das ciências, preconizando uma reforma curricular que visasse uma participação mais ativa ds alunos no processo de aprendizagem. Deste modo, o trabalho laboratorial passou a ser encarado como uma estratégia essencial para a compreensão da teoria, proporcionando aos alunos a realização de investigações. Surge em Inglaterra, o projeto

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Study Curriculum, com o principal objetivo (de qualquer um destes currículos) de envolver os

alunos no processo ensino-aprendizagem. As investigações, são assim, consideradas como um fator de motivação para os alunos e visam aumentar seu interesse pelas ciências e, consequentemente, o seu sucesso na aprendizagem, desenvolvendo capacidades relevantes para a sua formação (Almeida, 2001). Os projetos, anteriormente referidos, adotam o conhecimento científico como objetivo primordial e os métodos da ciência como meio para atingir esse objetivo, sobreponde-se o ensino dos processos ao ensino dos conceitos (Klainin, 1988). Denota-se, desta forma, uma deslocação do fulcro da aprendizagem do professor para o aluno e dos conteúdos conceptuais para os processos científicos.

Ainda que esta perspetiva tenha contribuído de forma positiva para a reformulação do ensino das ciências, no que diz respeito ao papel central do aluno e do trabalho laboratorial no processo de aprendizagem, nos finais dos anos 70 começou a surgir dúvidas acerca da sua eficácia. A abordagem indutivista introduzida nos currículos, dos projetos mencionados anteriormente, conduziu a uma visão simplista e limitada da ciência, ao considerar que as estruturas teóricas podiam emergir de dados experimentais, através de um processo de generalização indutiva (Freire, 1993). As atividades laboratoriais acabariam por se tornar muito mais fechadas e dependentes do conteúdo, do que inicialmente se desejava (Leite & Esteves, 2005)

Em 1985, o Department of Education and Science, em Inglaterra, passou a defender a introdução aos métodos da ciência, como a principal caraterística da educação em ciências, dando ênfase ao trabalho laboratorial, orientado para a resolução de problemas, rejeitando, desta forma, a transmissão da ciência através de uma perspetiva indutivista, tendo assumido uma postura concordante com as novas filosofias da ciência que, entretanto, começavam a tornar-se conhecidas e aceites (Chalmers, 1994).

Nos anos 90 surge o movimento “conceções alternativas”, defendendo novamente a possibilidade do trabalho laboratorial constituir-se como potenciador de aprendizagens e conceitos, no sentido em que poderiam ser úteis de forma a provocar o conflito cognitivo nos alunos, condição necessária à mudança conceptual (Leite & Esteves, 2005). Em 1996 surgiram nos Estados Unidos, os National Science Education Standards (NRC, 1996) que apresentaram uma série de princípios e linhas orientadoras para o ensino e a avaliação das ciências, reafirmando a convicção de que a investigação e a participação ativa dos alunos no processo de aprendizagem, em contexto laboratorial, são essenciais para promover a literacia científica (Hofstein & Mamiok-Naaman, 2007).

8

Portugal foi acompanhando esta evolução, embora com algum desfasamento, em relação a outros países. Na década de 70, pretendia-se uma adequação do ensino às exigências políticas, económicas e culturais da sociedade Portuguesa. Eram visíveis as preocupações sociais, evidenciadas na necessidade de integração dos alunos no meio. Contudo, esta ideologia curricular não se fez sentir no programa de físico-químicas dos 8.º e 9.º anos de escolaridade. Esta incidia sobre o chamado método científico, valorizando a aquisição de conhecimentos que conduzia à aplicação do método científico. Ainda que no programa da disciplina estivesse mencionado que esta era uma disciplina de iniciação, com caráter experimental, os seus conteúdos programáticos eram centrados na ciência e nas suas leis, não existindo qualquer relação com o meio cultural em que o aluno se encontrasse inserido. Parecia existir uma incoerência em termos de orientação curricular, visando um afastamento entre o pressuposto e as finalidades de uma educação em ciências, elaborados internacionalmente, e as orientações curriculares para a disciplina de Física e Química em Portugal (Pacheco, 2007).

Na reforma curricular de 75/76 a carga horária da disciplina sofreu uma redução de 9 horas para 6 horas e as turmas divididas em turnos para realizar os trabalhos laboratoriais que estavam previstos. As aulas laboratoriais estavam interligadas nas disciplinas de Ciências, contudo, não se verificou uma verdadeira interligação entre os assuntos tratados nas aulas laboratoriais e nas aulas teóricas (Leite, 2001).

Na década de 80, com a aprovação da Lei de Bases do Sistema Educativo (Decreto-Lei n.º 46/86 de 14 de outubro), a Reforma do Sistema Educativo, no Ensino Básico, acompanhou as diretrizes internacionais. Os programas, desta época, defendiam o ensino do método científico, contudo a ênfase nos processos e a importância atribuída ao método científico fizeram-se sentir mais nas Ciências da Natureza do que na Física e na Química (Leite, 2001). O programa desta disciplina aduzia algumas inconsistências, na medida em que as finalidades da disciplina davam relevo aos processos científicos, enquanto os respetivos objetivos específicos se centravam em comportamentos do domínio cognitivo, em detrimento das capacidades, habilidades e atitudes (Freire, 1993).

Um estudo conduzido por Cachapuz, Malaquias, Martins, Thomaz e Vasconcelos (1989), demonstrou que, apesar da elevada frequência com que o trabalho laboratorial era utilizado pelos professores de ciências físico-químicas, este consistia essencialmente em demonstrações realizadas pelos professores, sendo as investigações mais adequadas para a aprendizagem da metodologia científica e resolução de problemas, raramente utilizadas.

9

Na sequência da publicação da Lei de Bases do Sistema educativo e dos trabalhos da Comissão da Reforma Educativa, o Governo publicou o Decreto-Lei n.º 286/89, de 29 de agosto, no qual aprovou novos planos curriculares. Esta reorganização curricular reforçou a importância do trabalho laboratorial. Neste documento foi defendida a valorização das atividades experimentais, uma vez que eram de caráter obrigatório, para que existisse uma interligação das dimensões teóricas e práticas. Desta forma, os professores deveriam proporcionar aos alunos atividades de índole prática.

A reforma educativa implementada em Portugal, nos anos 90, reforçou não só a importância do trabalho laboratorial, como também reconheceu a existência de diversos tipos de atividades, uns mais adequados para ensino sobre processos científicos e, outros, mais orientados para os conceitos, alertando para o facto de que todos eles têm uma função a desempenhar na Física e na Química. Esta nova reforma educativa melhorou as condições para a promoção do trabalho laboratorial no âmbito do das disciplinas de Ciências, quer no ensino básico quer no secundário (Afonso & Leite, 2000), ao apresentar como evidências a criação das disciplinas de técnicas laboratoriais de Física, Química, Biologia e Geologia. Constituiu-se, também, de grande importância as iniciativas do Ministério de Educação e Ciência, concretamente, as relacionadas como o programa Ciência Viva, que permitiram melhorar as condições para a implementação das intenções programáticas relativas ao trabalho laboratorial (Leite, 2001).

Mais recentemente, em 2001, foi publicado o Decreto-Lei n.º 6/2001, de 18 de janeiro, relativo à Reorganização Curricular do Ensino Básico, que aponta para a valorização e obrigatoriedade do trabalho laboratorial ao defender, na alínea d) do artigo 3.º, “Valorização das aprendizagens experimentais nas diferentes áreas e disciplinas, em particular, e com carácter obrigatório, no ensino das ciências, promovendo a integração das dimensões teórica e prática” (2001, p. 259)

Este Decreto-Lei determinou o aumentou da duração dos tempos letivos de 50 para 90 minutos, criando condições para a realização de trabalhos laboratoriais e a sua integração com os conhecimentos concetuais. Contudo, sabe-se que, na prática, os tempos letivos não são de 90 minutos mas de 45 minutos, o que contraria a lei e constituí um entrave à realização de atividades centradas no aluno, bem como à verdadeira integração dos conhecimentos conceptuais e procedimentais associados ao trabalho laboratorial (Leite & Dourado, 2005).

Com a nova reforma curricular, analisando o Currículo Nacional do Ensino Básico (D.E.B., 2001), passou-se a recomendar um ensino das ciências centrado numa metodologia ativa e participante, onde o envolvimento dos agentes educativos fosse maior. Foi reforçado

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o uso do trabalho laboratorial nas aulas de ciências, de modo a fomentar o conhecimento processual e a promover o desenvolvimento de atitudes inerentes ao trabalho em ciências.

Com base no Currículo Nacional do Ensino Básico, desenvolveram-se, no ano de 2001, as Orientações Curriculares para as Ciências Físicas e Naturais do 3.º Ciclo do Ensino Básico (Galvão, et al., 2001). Foram definidas, neste documento, as competências específicas para esta disciplina, que sugerem experiências de aprendizagem que envolvam os alunos em atividades de investigação com caráter laboratorial, proporcionando-lhes o desenvolvimento de competências de conhecimento, raciocínio, comunicação e atitudes, promotoras da literacia científica. Fundamentadas numa perspetiva construtivista, foi valorizado um ensino centrado no aluno, que seja potenciador da utilização de processos investigativos e abordagem Ciência, Tecnologia, Sociedade e Ambiente (Galvão, et al., 2001).

Muitas foram as reformas curriculares preconizadas, aos longos dos tempos, com o intuito de melhorar o ensino e a aprendizagem das ciências, adaptando o ensino às transformações sociais que o desenvolvimento da Ciência e Tecnologia vai impondo à sociedade.

Do referido, anteriormente, subentende-se a importância atribuída ao trabalho laboratorial no ensino das ciências, considerando que este deve ser parte integrante do currículo das ciências. Segundo Leite e Dourado (2005), constitui-se como um importante recurso didático que facilita a compreensão de fenómenos, desenvolve competências que são consideradas relevantes, quer em ciências, quer no dia a dia dos cidadãos, que vivem em sociedades científica e tecnologicamente avançadas. Lunetta, Hofstein e Clough (2007) referem que o trabalho laboratorial possibilita aos alunos a clarificação e compreensão dos factos, promove o desenvolvimento científico e das suas capacidades de resolução de problemas, cria situações que apelam ao desenvolvimento do pensamento crítico, promove o conhecimento conceptual e procedimental, aproxima os alunos do modo como trabalham os cientistas, motiva e aumenta o interesse pelas ciências. Defendem, também, que o trabalho laboratorial além de ser um recurso único de ensino e aprendizagem, traduz-se como um ponto único para o observação das ideias dos alunos e para aceder as seus conhecimentos.

A importância do trabalho laboratorial é, assim, reconhecida por vários investigadores e pelos mais representativos modelos de ensino das ciências, pelo que é evidente admitir que o trabalho laboratorial possui, efetivamente, potencialidades. No entanto, não são suficientes apenas atividades “hands –on”. É necessário recorrer a atividades que para lá de manipular equipamento, manipulem ideias. Neste sentido, propiciar uma aprendizagem significativa implica colocar os alunos em situações problemáticas, cuja

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procura de solução conduza à reestruturação do conhecimento que este já possui. O envolvimento do aluno em atividades que impliquem o planeamento, a previsão, a proposta de hipóteses explicativas, a execução, incluindo a discussão com os seus pares e professor, contribui para a construção do conhecimento (Neves, Caballero, & Moreira, 2006).

Clarificação do conceito e da terminologia: Trabalho

laboratorial

A vulgarização do termo trabalho laboratorial conduziu à sua aplicação em diferentes situações de forma inadequada (Leite, 2001). Este termo surge, frequentemente, como sinónimo de trabalho prático ou trabalho experimental, importa, portanto, esclarecer e clarificar os mesmos.

Hodson (1988) tentou clarificar os significados dos termos “trabalho prático”, “trabalho laboratorial” e “trabalho experimental”. Com base em Hodson (1988), resumem-se as principais definições e caraterísticas de cada uma destas designações: (i) Trabalho prático é o tipo mais geral e que inclui todas as atividades em que o aluno está diretamente envolvido. Se interpretarmos este envolvimento como podendo ser de tipo psicomotor, cognitivo ou afetivo, o trabalho prático pode incluir atividades laboratoriais, de campo, de resolução de problemas, de papel e lápis, informáticas, pesquisa de informação na Internet, realização de entrevistas a membros da comunidade entre outras; (ii) Trabalho laboratorial inclui as atividades que envolvem a utilização de materiais de laboratório mais ou menos convencionais. Podem ser realizadas num laboratório, numa sala de aula depois de reunidas as condições de segurança ou até como atividades de campo que têm lugar ao ar livre; (iii) Trabalho experimental inclui as atividades que envolvem o controlo e manipulação de variáveis. As atividades podem ser do tipo laboratorial, de campo ou práticas.

Desta forma, o trabalho prático possui uma dimensão mais ampla, não necessitando de incluir sempre atividades laboratoriais. No trabalho de laboratório os alunos interatuam com os materiais e equipamentos de laboratório, para observarem fenómenos, aprenderem técnicas laboratoriais, testarem hipóteses e resolverem problemas, podendo as atividades apresentarem diferentes níveis de estruturação e ser implementas ou não no laboratório (Leite, 2001).

O esquema da figura 2.1, proposto por Hodson e adaptado por Leite (2001), apresenta as relações referidas anteriormente relacionando os três tipos de trabalho; “Trabalho prático”, “ Trabalho laboratorial” e “Trabalho experimental”.

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Figura 2.1 - Relação entre trabalho prático, laboratorial, experimental de campo

(Leite, 2001, p. 79)

De ressalvar que, segundo Dourado (2001), o importante é que o desenvolvimento de atividades implique o envolvimento ativo dos alunos e, portanto, a realização de trabalho prático, que não se esgota na realização de trabalho laboratorial ou de campo, sendo também consideradas como trabalho prático, a utilização do computador, a produção de vídeos, a realização de entrevistas, a realização de discussões, a elaboração de cartazes, o debates acerca de uma demonstração efetuada pelo professor, a pesquisa de informação em diferentes fontes, o desenho de uma estratégia de resolução de problemas, as atividades de resolução de problemas de papel e lápis, de pesquisa de informação na biblioteca ou na Internet, de simulações informáticas, entre outras (Leite, 2001).

Tipos de trabalho laboratorial

Usar o trabalho laboratorial não é necessariamente melhor do que não o usar, dado que a sua utilidade e eficácia dependem do modo de como é aplicado (Leite, 2001). Contudo, na sua aplicação, é necessária uma clarificação sobre o tipo de atividade laboratorial utilizado, mediante o objetivo que se pretende atingir. Uma utilização adequada do trabalho laboratorial exige que se estabeleçam os objetivos a atingir e se esses mesmos são adequados ao tipo de trabalho que se pretende realizar.

Segundo Silva e Leite (1997), é necessário considerar dois grupos de objetivos, um que vise a aprendizagem de conhecimento processual e outro que tenha enfoque na aprendizagem de conhecimento conceptual.

Recursos didáticos Trabalho Prático Trabalho Laboratorial Trabalho de campo Trabalho Experimental

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Quando o foco de aprendizagem é a aquisição de conhecimento procedimental, pretende-se que o aluno desenvolva capacidades práticas de observação e manipulação, bem como o domínio de técnicas laboratoriais. Se o foco de aprendizagem é de aquisição de conhecimento conceptual, poder-se-á promover o reforço de conceitos e princípios já explorados ou a construção de novo conhecimento conceptual, neste caso pode ou não considera-se explicitamente, como ponto de partida, o conhecimento prévio do aluno (Silva & Leite, 1997). Importa ressalvar que, objetivos relacionados com aspetos afetivos, nomeadamente, a motivação, curiosidade, rigor, empenho e perseverança, não são tidos em conta para esta tipologia, pois, segundo Leite (2001), devem estar implícitos em qualquer tipo de trabalho laboratorial.

Neste contexto, diversos autores (Caamaño 2004; Leite 2001; Silva & Leite, 1997; Wellington, 2000) consideram diferentes tipos de trabalho laboratorial, os quais surgem em conformidade com os objetivos que se pretendem alcançar.

Wellington (2000) apresenta quatro possibilidades de organizar e realizar tarefas de caratér laboratorial em sala de aula, são elas: (i) demonstrações, que são utilizadas para ilustrar uma dada situação ou fenómeno, especialmente quando a ocorrência a demonstrar é muito cara, ou perigosa, para serem os alunos a realizar, ou ainda se despender muito tempo caso fosse realizada por toda a turma; (ii) experiências realizadas por grupos de alunos, que lhes permitem desenvolver competências a nível processual, como aprendizagem de técnicas e aprendizagem de análise de dados, etc.; (iii) estações laboratoriais, nas quais cada grupo de alunos realiza uma experiência diferente e depois as experiências circulam de grupo para grupo; (iv) investigações, que privilegiam o questionamento, a comunicação e usam processos da investigação científica, como metodologia de ensino, promovendo uma compreensão abrangente dos conceitos e desenvolvem competências de resolução de problemas.

Também Leite (2001), tendo por base a classificação de Silva e Leite (1997), sintetizou e definiu uma tipologia de trabalho laboratorial, apresentada no quadro 2.1.

14 Quadro 2.1

Tipologia de trabalho laboratorial (Leite, 2001, p. 88)

Objetivos / Finalidades Tipos de tarefas Promover a aprendizagem do conhecimento

procedimental (utilização de equipamentos,

manipulação de materiais, aquisição de técnicas) Exercícios

Pr om ov er a a pr en di za gem de co nh ec im en to c on cep tu

al Reforçar o conhecimento conceptual

Tarefas para a aquisição de sensibilidade acerca de fenómenos

Tarefas ilustrativas

Construir o conhecimento conceptual

Tarefas orientadas para a determinação do que acontece

Investigações (Re)construir o conhecimento conceptual Tarefas do tipo Prevê-Observa– Explica-Reflete Procedimento apresentado Procedimento por definir Aprender metodologia científica (implica o

desenvolvimento de competências de resolução de

problemas) Investigações

Ao analisar o quadro 2.1 verifica-se que Leite (2001) considera seis tipos de tarefas laboratoriais, que permitem todas elas atingir diferentes objetivos e desenvolver várias competências relacionadas com capacidades técnicas laboratoriais, conhecimento conceptual e metodologia científica. Deste modo, quando o objetivo primordial é a aprendizagem do conhecimento procedimental deve recorrer-se a tarefas do tipo exercício, sendo necessária a descrição do procedimento. No que se refere à aprendizagem do conhecimento conceptual, diversas situações podem ocorrer:

 Quando o objetivo é o reforço do conhecimento conceptual, pode recorrer-se a tarefas laboratoriais do tipo tarefas ilustrativas ou tarefas para aquisição de sensibilidade acerca de fenómenos. A teoria terá sido apresentada previamente e a atividade é utilizada para confirmar a teoria;

 Quando o propósito é a construção do conhecimento conceptual, as tarefas laboratoriais podem ser usadas como ponto de partida para o conhecimento que irá surgir posteriormente, pelo que deverão ser utilizadas tarefas cujo objetivo é a resolução de problemas. Isto é, neste tipo de tarefas laboratoriais, apenas se fornece a situação problema aos alunos que terão de definir todas as etapas necessárias à

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implementação da atividade laboratorial que lhes possibilitem obter resposta ao desafio colocado e, após coloca-la em prática, será necessário, caso se justifique, avaliá-la e reformulá-la. Este tipo de tarefa conduz, assim, à construção de novos conhecimentos conceptuais à custa da resolução de problemas, permitindo conduzir, ainda, ao desenvolvimento de competências mais ambiciosas como a compreensão sobre os fenómenos da ciência e sobre a sua natureza. Pode também recorrer-se a tarefas muito pormenorizadas num protocolo que guie o aluno à procura de resultados previamente desconhecidos: tarefas orientadas para a determinação do que acontece. Permitem a construção do conhecimento científico pelo próprio aluno a partir da análise de dados resultantes da sua execução;

 Quando a finalidade é a (re)construção do conhecimento conceptual, a tarefa laboratorial deve promover a reconstrução das ideias prévias que os alunos possuem sobre um determinado assunto e que necessitam de testar, pelo que se poderá recorrer a tarefas do tipo Prevê-Observa-Explica-Reflete (POER). Neste tipo de tarefas, o procedimento laboratorial pode ou não ser fornecido ao aluno. No caso do POER com apresentação de procedimento, existe um protocolo cuja implementação permite obter os dados necessários. No caso do POER sem procedimento apresentado aos alunos, estes terão de encontrar uma estratégia para pôr à prova as suas ideias. Neste tipo de tarefa é pedido ao aluno uma previsão, face à situação problema apresentada, e a reflexão entre as conclusões encontradas e a previsão inicialmente feita. Enquanto nas tarefas do tipo POER com procedimento apresentado, se centram fundamentalmente em aspetos conceptuais, no caso das tarefas laboratoriais do POER sem procedimento apresentado aos alunos, uma vez que estes têm, obrigatoriamente, de encontrar uma estratégia para resolver a situação-problema, centra-se ainda em aspetos metodológicos ou procedimentais. Caamaño (2004), por sua vez, numa tentativa de dar conta da pluralidade das tarefas laboratoriais presentes nas aulas de Ciências, propõe uma classificação que se baseia em quatro tipos de tarefas laboratoriais: experiências, experiências ilustrativas, exercícios práticos e investigações.

Segundo este autor, as experiências são tarefas destinadas a promover a vivência dos fenómenos. Os objetivos principais destas tarefas são a aquisição de uma primeira experiência sobre fenómenos do mundo das Ciências e a obtenção de uma base de conhecimentos, que podem ser úteis em tarefas de resolução de problemas. As experiências ilustrativas têm como finalidade melhorar a compreensão de um dado fenómeno, princípio

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ou conceito, através da observação e interpretação dos fenómenos em estudo. Os exercícios práticos são definidos pelo mesmo autor como tarefas que têm como finalidade a aprendizagem de métodos e técnicas laboratoriais (designando-se neste caso de exercícios práticos para aprender destrezas) ou a ilustração da teoria previamente conhecida (designando-se neste caso de exercícios práticos para ilustrar a teoria). Por último, as investigações são consideradas, por este investigador, tarefas que visam, por parte dos alunos, a construção do conhecimento conceptual, a compreensão dos processos da ciência e ainda aprender a levar a cabo investigações.

A investigação constitui o tipo de trabalho laboratorial mais valorizado pelos autores anteriormente referidos. Assim, tendo em conta a diversidade que existe de trabalho laboratorial, como foi referido, o que apresenta mais ênfase na educação em ciências é o trabalho laboratorial de cariz investigativo. A aprendizagem através deste tipo de trabalho laboratorial é entendida como um processo ativo na construção de novas aprendizagens e desenvolvimento competências promotoras da literacia científica. O trabalho laboratorial só pode ser considerado trabalho laboratorial de cariz investigativo caso o professor apresente aos alunos problemas que estes tenham de resolver utilizando material de laboratório. Para Leite (2001) só poderão ser consideradas trabalho laboratorial de cariz investigativo tarefas que confrontem o aluno com situações problemáticas em que este tenha de levantar hipóteses, planificar uma estratégia para a resolução do problema, analisar os dados recolhidos e concluir acerca do problema proposto.

O trabalho laboratorial de cariz investigativo é considerado pelo NRC (2000) como uma experiência que se desenvolve em laboratório, possibilitando oportunidade aos alunos de desenvolverem um maior conhecimento sobre o conteúdo da ciência. Este tipo de trabalho laboratorial deve ser proporcionado a todos os alunos e todos devem ter igual oportunidade de participar em investigações de natureza laboratorial (NSTA, 2004). O trabalho laboratorial de cariz investigativo é uma das estratégias propostas pelas Orientações Curriculares (Galvão, et al., 2001), que referem “a atividade experimental deve ser planeada com os alunos, decorrendo de problemas que se pretende investigar e não constituem a simples aplicação de um receituário (…) deve haver lugar a formulação de hipóteses e previsão de resultados, observação e explicação” (p. 131-132).

Não existindo um modo único de planear uma tarefa laboratorial de cariz investigativo, neste estudo segue-se o modelo recomendando pelo NRC, modelo dos 5’s proposto por Bybee et al. (2006), que propõe um ciclo de aprendizagem em cinco fases:

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(ampliação) e evaluation (avaliação). O uso de tarefas laboratoriais de cariz investigativo conduz à participação ativa do aluno, sendo que o envolvimento cognitivo do aluno na tarefa laboratorial de investigação está relacionado com o grau de abertura da mesma, assim quanto mais decisões tiverem de ser tomadas pelos alunos, desde o início da tarefa maior será o grau de abertura desta e mais o aluno terá de se envolver cognitivamente

Wellington (2000) apresenta uma proposta como orientação para o grau de abertura das tarefas laboratoriais de investigação, como se pode observar na figura 2.2, adaptada de Wellington (2000), esta esquematiza as diferentes dimensões relativas ao grau de abertura e de orientação que as tarefas laboratoriais de investigação podem tomar. Os eixos representados não são independentes e cada eixo tem dois pontos. A tarefa pode encontrar-se em qualquer ponto desencontrar-se eixo. Um dos eixos está relacionado com a orientação da tarefa, num dos extremos os alunos colocam as questões e orientam as suas investigações, no extremo oposto é o professor que coloca as questões.

Figura 2.2 - Dimensões das tarefas laboratoriais de investigação. (adaptado de

Wellington, 2000, p.141)

Em relação à abertura da tarefa, a questão problema pode ter uma única solução e uma única forma de resolução ou no limite oposto a questão problema pode apresentar várias formas de resolução e respostas. Por último, no que diz respeito ao grau de estruturação, num dos extremos encontramos a tarefa não estruturada, ou seja, não existe orientação do professor e nem restrições à resolução e no extremo oposto a tarefa é estruturada com a orientação do professor em todas as fases do trabalho.

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Do exposto se verifica que existem diferentes tipos de tarefas laboratoriais que se podem utilizar consoante o objetivo e o tipo de competências a desenvolver, cabe mais uma vez a professor decidir como as deve conjugar, para que desenvolva nos seus alunos a promoção da literacia científica considerada essencial para uma vivência plena da cidadania.

Considerando o que foi referido anteriormente, o enquadramento de estudo desta investigação insere-se no campo do trabalho laboratorial do tipo investigativo (podendo ser do tipo experimental ou não), visando contribuir para a promoção do ensino e aprendizagem das ciências.

Conceções alternativas dos alunos

Hoje em dia sabemos que as crianças trazem consigo ideias prévias com as quais interpretam o mundo, que se podem revelar altamente resistentes à mudança e que influenciam fortemente as novas aprendizagens. Estas ideias, genericamente designadas por conceções alternativas, são construídas pelos próprios alunos através de experiências diárias do foro informal – sensorial, linguístico, ou cultural – ou formal, e divergem erroneamente dos conceitos aceites pela comunidade científica (Driver, Guesne, & Tiberghien, 1985; Gravina & Buchweitz, 1994; Menino & Correia, 2001).

Driver, Guesne e Tiberghien (1985) defendem que o desenvolvimento de ideias sobre os fenómenos naturais ocorre muito antes de estes serem abordados em contexto formal. Algumas dessas conceções alternativas acabam por se alinhar com as explicações proporcionadas durante a formação académica, enquanto outras são significativamente diferentes da ciência aprendida na escola. Assim, as conceções alternativas são originadas, por um lado, a partir de um conjunto diversificado de experiências pessoais, incluindo a perceção e a observação direta, cultura e língua, e, por outro, nas explicações dos professores – que apresentam muitas vezes as suas próprias conceções alternativas. Muitas das fontes de conceções alternativas são, na melhor das hipóteses, especulativas, mas variadas pesquisas sugerem que a visão do mundo do aluno é fortemente influenciada pelo seu ambiente social. Resultam, muitas vezes, da interpretação de novas experiências à luz de experiências anteriores, sendo novos conceitos enxertados em noções prévias. Os conhecimentos anteriores do aluno interagem ativamente com os conhecimentos estudados formalmente na escola criando um leque de resultados de aprendizagem não intencionais (Duit, 1993; Duit & Treagust, 2003).

Para que ocorra a mudança conceptual por parte do aluno, é fundamental que a nova conceção seja inteligível e que faça sentido, conduzindo o estudante a fazer uma

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representação coerente dessa conceção e não a tentar uma memorização mecânica, ou seja, o estudante tem de acreditar que ela é verdadeira e que tenha a capacidade de resolver os problemas que as conceções existentes foram incapazes de resolver. Por norma é encontrada alguma forma de relaciona-la com o conhecimento existente na sua estrutura cognitiva. Portanto, para existir incorporação de uma nova conceção na estrutura cognitiva do estudante, esta deve apresentar vantagens em relação às existentes, ser inteligível, clara, evidenciar plausibilidade, facilitar uma melhor compreensão, e mostrar a sua utilidade na explicação e solução de questões e novos problemas ou não resolvidos pelas conceções existentes na estrutura cognitiva do aluno (Duit, 1993; Duit & Treagust, 2003; Gravina & Buchweitz, 1994).

Para o professor é de extrema importância saber identificar e diagnosticar as conceções alternativas, tomando em conta a sua origem, uma vez que, como referem Clement, Brown e Zeitsmann (1989) ( citados por Leite, 1993), nem todas as ideias trazidas pelos alunos são conceções alternativas. Uma resposta menos correta por parte de um aluno, pode aduzir a um sem número de possibilidades quanto à origem da mesma. Pode inclusive, evidenciar que o aluno não chegou a desencadear o raciocínio correspondente aos dados que lhe são apresentados. Desta forma, é importante diagnosticar e aferir as conceções alternativas que os alunos já possuem, antes de abordar novos assuntos, de forma a que possam ser tomadas mediadas facilitadoras da aceitação dos conteúdos científicos.

A diagnosticação de conceções alternativas é um processo de auto-regulação, quer para o ensino, quer para o aluno, que implica o desenvolvimento de estratégias específicas que ajudam o professor a identificar conceções alternativas. A identificação de conceções alternativas, conduz os alunos a refletir sobre a sua aprendizagem, de forma a que se tornem conscientes das suas próprias crenças e estratégias de validação de conhecimentos (Duit, 1993; Leite, 1993). Existem várias formas de obter informações sobre o conhecimento prévio dos alunos que foram desenvolvidas por vários investigadores da educação em ciência, que apesar da sua diversidade se relacionam com a disponibilidade dos alunos para falar ou escrever sobre ciência. As metodologias mais utilizadas passam por entrevistas individuais, perguntas abertas ou fechadas e questinários de escolha múltipla sobre temas especificos (Duit, 1993). Não existe um método único para a aferição destas conceções, sendo que cada método utilizado é adaptado ao público alvo da investigação em causa. Contudo, o uso de um único método, não é por norma, suficiene para a determinação de um diagnóstico fidedigno (Duit, 1993; Leite, 1993). O conhecimento das conceções alternativas dos

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estudantes pode servir de base para preparar material educativo potencialmente significativo para a ocorrência aprendizagem dos conceitos científicos (Gravina & Buchweitz, 1994).

Muitas são as razões apontadas para realizar pesquisa educacional relacionada com conceitos ou conceções científicas ou conceções alternativas, mas certamente a mais importante é a de que conceitos e as suas relações exercem um papel essencial em Física. Ao longo do tempo, vários investigadores reuniram conceções que os alunos tendem a possuir e que por vezes persistem. Dada a importância do conhecimento das conceções alternativas dos alunos, considerou-se importante fazer uma revisão da literatura acerca das conceções dos alunos sobre o tema deste trabalho, que se apresenta em seguida.

Conceções alternativas dos alunos sobre eletricidade

A eletricidade é um assunto em que os alunos apresentam muitas dificuldades ao nível da compreensão de conceitos, por existirem muitas conceções alternativas resistentes à mudança. No estudo dos fenómenos elétricos, os alunos apresentam grandes dificuldades em diferenciar conceitos básicos como corrente, diferença de potencial e energia. Como consequência desta dificuldade, e ainda que muita desta terminologia básica seja adquirida mesmo antes de ser formalmente instruída, assiste-se à utilização de termos como energia, corrente, potência, eletricidade, carga e diferença de potencial como sinónimos. Outra consequência observada é que os alunos formam uma variedade de modelos conceptuais através dos quais “entendem” o fenómeno com que são confrontados. Numa tentativa de ajudar os alunos a ultrapassarem estas dificuldades e de uma mudança conceptual sobre os fenómenos elétricos é utilizado hoje em dia um ensino essencialmente baseado em atividades laboratoriais (Shipstone, 1985).

A introdução do estudo da eletricidade, por norma implica uma pilha, fios e uma lâmpada, sendo pedido aos alunos que acendam a lâmpada. Muitos investigadores relatam que a ideia subjacente que os alunos têm no início da instrução formal e que muitos retêm é que existe uma fonte, tal como a bateria, e um consumidor, como uma lâmpada, ou seja, um modelo fonte-consumidor, em que a pilha fornece algo à lâmpada (Driver, 1994; Shipstone, 1985). Algumas da tentativas de fazer a lampada acender identificadas por Shipstone (1985), estão representadas na figura 3.3.

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Figura 2.3 – Exemplos de circuitos indicativos do modelo fonte-consumidor

(Shipstone, 1985, p. 35)

Para explicar como o que está a ser “gasto” sai da fonte para o consumidor, os alunos criam uma variedade de modelos detalhados. Em seguida, apresentam-se na figura 3.4, os modelos identificados:

Modelo Unipolar (Figura 3.4 (a)) – Alguns alunos pensam que um fio será suficiente para acender a lâmpada, não existe fio de retorno. Outros consideram a existência de um segundo fio, mas como fio de segurança (Driver, 1994; Gravina & Buchweitz, 1994; Shipstone, 1985).

Modelo de correntes elétricas em choque (Figura 3.4 (b)) – A corrente flui para a lâmpada de ambos os terminais da bateria e o do choque entre as duas correntes resulta a luz (Driver, 1994; Gravina & Buchweitz, 1994; Shipstone, 1985).

Modelo de atenuação (Figura 3.4 (c)) – A corrente flui ao redor do circuito apenas numa direção. Deixa a bateria por um terminal e alguma corrente é “gasta” com a lâmpada de modo a que menos corrente retorna à bateria. Quando a corrente passa através de um numero de componentes em série cada um sucessivamente receberá menos corrente (Shipstone, 1985).

Modelo de partilha (Figura 3.4 (d)) – No caso de um circuito em série constituido por um número de componentes idênticos a corrente será igualmente partilha por todos, assim prevê-se que as lâmpadas, idênticas, emitam todas o mesmo brilho, no entanto a corrente não é conservada.

Modelo científico (Figura 3.4 (e)) – modelo científico aceite, na medida em que se considera que a corrente flui numa única direção e se conserva (Driver, 1994; Gravina & Buchweitz, 1994; Shipstone, 1985).

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Figura 2.4. – Modelos do fluxo de corrente elétrica em circuitos simples (Shipstone,

1985, p. 36)

É fundamental que os alunos sofram uma mudança conceptual do senso comum para o modelo científico, de forma a entenderem os valores lidos em amperímetros e voltímetros, bem como os conceitos de diferença de potencial, resistência e interpretar circuitos em série e em paralelo. Osborne e Freyberg (citados por Driver, Squires, Rushworth, & Wood-Robinson, 1994) acreditam que o uso de dois amperímetros e a analogia entre circuito elétrico e sistema circulatório mostram-se efetivos para que ocorra esta mudança conceptual.

Também ao nível de conceitos como pilha ou fontes de tensão, corrente elétrica, diferença de potencial ou tensão elétrica e circuitos são identificadas várias conceções alternativas. Os alunos consideram a pilha como um objeto unipolar que “cede” eletricidade ao circuito. Consideram-na como um reservatório de energia ou eletricidade, que fornece constantemente energia ao circuito. Os alunos não consideram a pilha como um gerador de tensão elétrica constante no circuito (Driver, Squires, Rushworth, & Wood-Robinson, 1994). Relativamente à corrente elétrica e diferença de potencial, os alunos concebem a corrente elétrica como sinónimo de eletricidade e energia elétrica e a diferença de potencial como a “força” da corrente elétrica. A diferença de potencial é considerada como uma propriedade da corrente elétrica, em vez de considerarem que a diferença de potencial é a condição essencial para que a corrente flua no circuito. Desta forma, os alunos acreditam que se a corrente aumenta também a diferença de potencial aumenta e são relutantes em aceitar de

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que se não existir corrente elétrica continue a existir diferença de potencial entre dois pontos. Para que ocorra uma mudança conceptual sugere-se que a introdução da diferença de potencial como uma propriedade da pilha, efetuando medições de diferença de potencial e corrente elétrica, ao mesmo tempo que se estabelece a independência destes dois conceitos (Driver, Squires, Rushworth, & Wood-Robinson, 1994).

A visão que os alunos têm de circuito é a do modelo sequencial, ou seja, a informação sobre os elementos do circuito só é “sentida” pela corrente elétrica quando a mesma chega a estes elementos, podendo modificar-se ou não (Driver, Squires, Rushworth, & Wood-Robinson, 1994, Gravina & Buchweitz, 1994). Este modelo não permite que os alunos pensem que a mudança de um dos elementos do circuito afetará todo o circuito. Desta forma, é importante que a introdução dos circuitos em série e em paralelo seja primeiro feita em separado e só posteriormente em conjunto, para que os alunos cimentem a ideia de que a mudança de um dos elementos do circuito afetará todo o circuito. Muitos investigadores defendem o uso de analogias, como a analogia do circuito ao sistema circulatorio, a de trabalhadores a empurrarem vagões num carril ou o funcionamento da corrente de uma bicicleta, para clarificar que todos os elementos do circuito se influenciam uns aos outros, ajudando os alunos a terem uma visão hólistica acerca dos circuitos (Driver, Squires, Rushworth, & Wood-Robinson, 1994).

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CAPÍTULO

III

PROPOSTA

DIDÁTICA

Neste capítulo, apresenta-se a proposta didática desenvolvida para os tópicos Corrente elétrica e Circuitos elétricos do 9.º ano do ensino básico (Fiolhais, et al., 2013). O capítulo encontra-se dividido em duas secções. Na primeira secção apresenta-se a fundamentação científica sobre os tópicos. Na segunda secção, a fundamentação didática que consta do enquadramento curricular, da organização da proposta didática, da descrição das tarefas e do tipo de avaliação privilegiado neste trabalho.

Fundamentação Científica

Enquanto que há apenas um século atrás tínhamos nada mais do que apenas poucas lâmpadas elétricas, hoje em dia somos extramente dependentes, no nosso dia-a-dia, da eletricidade. Contudo, apesar da proliferação do uso de eletricidade ter ocorrido apenas recentemente, os estudos sobre eletricidade têm uma história muito mais antiga. Observações sobre a atração elétrica surgiram na época dos antigos gregos, que perceberam que, depois de o âmbar ser friccionado, este atraia pequenos objetos, tais como fragmentos de palha e penas. De facto a origem da palavra elétrico, é a palavra grega para âmbar, elktron. Atualmente, o estudo e uso da eletricidade continua em desenvolvimento. Engenheiros e cientistas aperfeiçoam as tecnologias existentes envolvendo a eletricidade, melhorando o desempenho e eficiência em diversos dispositivos (Tipler & Mosca, 1994).

Carga elétrica

A carga elétrica é uma propriedade intrínseca das partículas fundamentais de que é feita a matéria; em outras palavras, é uma propriedade associada à própria existência dessas partículas. A grande quantidade de carga que existe em qualquer objeto, geralmente não pode ser observada, porque o objeto contém quantidades iguais dos dois tipos de carga: carga positiva e carga negativa. Quando existe essa igualdade de cargas, diz-se que o objeto é eletricamente neutro, por outro lado, quando existe desigualdade numérica entre os dois tipos de carga num objeto, ou seja, a carga total é diferente de zero, diz-se que o objeto está eletricamente carregado. Os objetos eletricamente carregados interagem entre si exercendo forças uns sobre os outros (Resnick, Halliday & Walker, 2009).